单、双螺杆挤出机结构特点和工作原理的差异

单、双螺杆挤出机结构特点和工作原理的差异

挤出成型工艺是聚合物加工领域中生产品种最多、变化最多、生产率高、适应性强、用途广泛、产量所占比重最大的成型加工方法。挤出成型是使高聚物的熔体（或粘性流体）在挤出机螺杆的挤压作用下通过一定外形的口模成型，制品为具有恒定断面外形的连续型材。

挤出成型工艺适合于所有的高分子材料。几乎能成型所有的热塑性塑料，也可用于热固性塑料，但仅限于酚醛等少数几种热固性塑料。塑料挤出的制品有管材、板材、棒材、片材、薄膜、单丝、线缆包覆层、各种异型材以及塑料与其它材料的复合物等。目前约５０％的热塑性塑料制品是通过挤出成型的。此外挤出工艺也常用于塑料的着色、混炼、塑化、造粒及塑料的共混改性等，以挤出成型为基础，配合吹胀、拉伸等技术，又发展为挤出一吹塑成型和挤出拉幅成型制造中空吹塑和双轴拉伸薄膜等制品。可见挤出成型是聚合物成型中最重要的方法。

挤出设备有螺杆挤出机和柱塞式挤出机两大类，前者为连续式挤出，后者为间歇式挤出，主要用于高粘度的物料成型，如聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯。螺杆挤出机可分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机。单螺杆挤出机是生产上最基本的挤出机。多螺杆挤出机中双螺杆挤出机近年来发展最快，其应用日渐广泛。目前，在ＰＶＣ塑料门窗型材的加工中，双螺杆挤出机已成为主要生产设备，单螺杆挤出机将被逐步淘汰。但在其它聚合物的挤出加工中，单螺杆挤出机仍占主导地位。二者有各自的特点：

单螺杆挤出机：

●结构简单，价格低。

●适合聚合物的塑化挤出，适合颗粒料的挤出加工。对聚合物的剪切降解小，但物料在挤出机中停留时间长。

●操纵轻易，工艺控制简单。双螺杆挤出机：

●结构复杂，价格高。

●具有很好的混炼塑化能力，物料在挤出机中停留时间短，适合粉料加工。

●产量大，挤出速度快，单位产量耗能低。

在ＰＶＣ塑料门窗型材生产中，采用双螺杆挤出机与单螺杆挤出机的生产工艺为见页下）：可以看出，单螺杆挤出机适合粒料加工，使用的原料是经造粒后的颗粒或经粉碎的颗粒料。双

螺杆挤出机适合粉料加工，可以直接使用混合好的ＰＶＣ料，减少了造粒的工序，但多了废物的磨粉工序。近几年，国产双螺杆挤出机的质量已基本达到进口双螺杆挤出机的水平，价格仅为进口机的１／３～１／５。由于双螺杆挤出机的产量大，挤出速度快，一般可达到２～４米／分钟，适合ＰＶＣ塑料门窗型材的大规模生产。而单螺杆挤出机一般只用作小型辅助型材生产，挤出速度仅为１～２米／分钟，很多的ＰＶＣ型材加工厂已淘汰了单螺杆挤出机，改用双螺杆挤出机一模多腔生产小型辅助型材。

挤出机的基本工作原理是将聚合物熔化压实，以恒压、恒温、恒速推向模具，通过模具形成产品熔融状态的型坯。但单螺杆挤出机与双螺杆挤出机结构不同，工作原理不同，其控制的工艺条件也不相同。

单螺杆挤出机

结构特点

单螺杆挤出机是由传动系统、挤出系统、加热和冷却系统、控制系统等几部分组成（另外还有一些辅助设备）。其中挤出系统是挤出成型的关键部位，对挤出的成型质量和产量起重要作用。挤出系统主要包括加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等几个部分（如图３所示）。下面仅就挤出系统讨论挤出机的基本结构及作用。

PVC树脂

＋—→称量计量—→高速混合—→冷却混合—→双螺杆挤出机挤出

各种助剂↓｝—→冷却定型—→

单螺杆挤出机造粒—→单螺杆挤出机挤出

—→牵引—→切割—→包装—→型材产品

↓

废物—→粉碎—→与造粒料混合单螺杆挤出机挤出

↓

磨粉—→与混合的粉料混合双螺杆挤出机挤出

１、加料装置

挤出成型的供料一般采用粒状料。加料装置是保证向挤出机料筒连续供料的装置，外形如漏斗，有圆锥形和方锥形，亦称料斗。其底部与料筒连接处是加料孔，该处有截断装置，可以调整和截断料流。在加料孔的四周有冷却夹套，用以防止料筒高温向料斗传热，避免料斗内塑料升温发粘，引起加料不均和料流受阻情况发生。料斗的侧面有玻璃视孔及标定计量装置。有些料斗还有防止

塑料从空气中吸收水分的预热干燥真空减压装置，以及带有能克服粉状塑料产生“架桥”现象的搅拌器和能够定时定量自动加料的装置。

２、料筒

料筒又叫机筒，是一个受热受压的金属圆筒。物料的塑化和压缩都是在料筒中进行的。挤出成型时的工作温度一般在１８０～２９０℃，料筒内压可达６０ＭＰａ。在料筒的外面设有加热和冷却装置。加热一般分三至四段，常用电阻或电感加热器，也有采用远红外线加热的。冷却的目的是防止塑料的过热或停车时须对塑料快速冷却以免塑料的降解。冷却一般用风冷或水冷。料筒须承受高压，要求具有足够的强度和刚度，内壁光滑。料筒一般用耐磨、耐腐塑料摩擦使塑料过热，同时让螺杆表面温度略低于料筒，防止物料粘附其上，利于物料的输送。

螺杆用止推轴承悬支在料筒的中心，与料筒中心线吻合，不应有明显的偏差。螺杆与料筒的间隙很小，使塑料受到强大的剪切作用而塑化并推动向前。

螺杆由电动机通过减速机构传动，转速一般为１０～１２０ｒ／ｍｉｎ，要求是无级变速。

（１）螺杆的几何结构参数

螺杆的几何结构参数有直径、长径比、压缩比、螺槽深度、螺旋角、螺杆与料筒的间隙等（见图４）其中长径比（Ｌ／Ｄｓ）对螺杆的工作特性有重大的影响。一般挤出机长径比为１５～２５，但近年来发展的挤出机有达４０的，甚至更大。Ｌ／Ｄｓ大，能改善塑料的温度分布，能使混合更均匀，还可减少挤出时的逆流和漏流，进步挤出机的生产能力。Ｌ／Ｄｓ过小，对塑料的混合和塑化都不利。因此，对于硬塑料、粉状塑料要求塑化时间长，应选较大的。Ｌ／Ｄｓ大的螺杆适应性强，可用于多种塑料的挤出。但Ｌ／Ｄｓ太大，热敏性塑料会因受热时间太长而出现分解，同时增加螺杆的自重，使制造和安装都困难，也会增大挤出机的功率消耗。目前，Ｌ／Ｄｓ以２５居多。

（２）螺杆的压缩比ε

螺杆的压缩比ε是指螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个螺槽的容积之比，它表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。ε越大，塑料受到挤压的作用也就越大，排除物料中空气的能力就大。但ε太大，螺杆本身的机械强度下降。一般压缩比ε在２～５之间。压缩比ε的大小取决于挤出塑料的种类和形态，如粉状塑料的相对密度小，夹带空气多，其压缩比应大于粒状塑料。另外挤出薄壁状制品时，压缩比ε应比挤出厚壁制品的大。